DE102004037954A1 - Device for surface blasting of components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, mit mindestens einem, eine schwingende Oberfläche aufweisenden Vibrator, insbesondere mit mindestens einer Ultraschall-Sonotrode, wobei sich an die oder jede schwingende Oberfläche des oder jedes Vibrators eine Bearbeitungskammer zur Aufnahme eines zu strahlenden Abschnitts des zu bearbeitenden Bauteils anschließt. Erfindungsgemäß ist die Bearbeitungskammer (15; 31) im Querschnitt von mindestens drei Schenkeln begrenzt, nämlich von mindestens zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln (17, 18; 32, 33) und von mindestens einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel der Bearbeitungskammer (15; 31) von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind.The The invention relates to a device for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, of components, in particular of gas turbine components, with at least one vibrating surface vibrator, in particular with at least one ultrasonic sonotrode, wherein to the or each vibrating surface of the or each vibrator a processing chamber for receiving a portion to be radiated connects the component to be machined. According to the invention Processing chamber (15; 31) in the cross section of at least three legs limited, namely at least two substantially vertically extending legs (17, 18, 32, 33) and at least one substantially horizontal extending legs of the processing chamber (15; 31) of oscillating surfaces each of a vibrator are formed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen, insbesondere Gasturbinenbauteilen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for surface blasting, in particular for ultrasonic shot peening, of components, in particular gas turbine components, according to the preamble of claim 1.
Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, verfügen insbesondere im Bereich eines Verdichters sowie einer Turbine über mindestens einen mit rotierenden Laufschaufeln bestückten Rotor, wobei die rotierenden Laufschaufeln der Gasturbine entweder über profilierte Schaufelfüße in Ausnehmungen des Gasturbinenrotors verankert oder integraler Bestandteil eines Gasturbinenrotors sind. Sind die Laufschaufeln über Schaufelfüße in entsprechenden Ausnehmungen des Rotors verankert, so sind die Schaufelfüße entweder nach dem sogenannten Tannenbaum-Design (fir tree design) oder nach dem sogenannten Schwalbenschwanz-Design (dove tail design) profiliert. Die vorzugsweise tannenbaumprofilierten oder schwalbenschwanzprofilierten Flächen eines Schaufelfußes einer Gasturbinenschaufel werden auch als Tragflanken oder Tragflächen bezeichnet. Während des Betriebs einer Gasturbine werden die Schaufelfüße an ihren profilierten Tragflächen insbesondere durch Reibverschleiß stark beansprucht. Die Verschleißrate im Bereich der Schaufelfüße kann dadurch herabgesetzt werden, dass die Schaufelfüße an ihren Tragflächen durch spezielle Oberflächenbearbeitungsverfahren verfestigt werden. Eine ähnliche Problematik stellt sich auch bei integral beschaufelten Gasturbinenrotoren, die im Bereich ihrer Rotorscheiben zur Minimierung der Verschleißrate verfestigt werden. Auch werden Schaufelblätter von Gasturbinenschaufeln an ihren Oberflächen zur Minimierung der Verschleißrate verfestigt.Gas turbines, In particular, aircraft engines, in particular, in the area a compressor and a turbine over at least one with rotating Blades filled Rotor, wherein the rotating blades of the gas turbine profiled either over Shovel feet in recesses anchored the gas turbine rotor or integral part of a Gas turbine rotor are. Are the blades over shovel feet in corresponding Recesses of the rotor anchored, so are the shovel feet either according to the so-called fir tree design or after profiled the so-called dovetail design (dove tail design). The preferably fir tree profiled or dovetail profiled Areas of a blade root a gas turbine blade are also referred to as support flanks or wings. While the operation of a gas turbine, the blade feet are at their profiled wings in particular strong due to fretting claimed. The wear rate in the area of the blade feet can be reduced by the fact that the blade feet on their wings through special surface treatment methods be solidified. A similar Problem arises also with integrally bladed gas turbine rotors, which solidifies in the area of its rotor disks to minimize the wear rate become. Also be shovels hardened by gas turbine blades on their surfaces to minimize wear rate.
Als
Oberflächenbearbeitungsverfahren
zum Verfestigen von Bauteilen, insbesondere von Gasturbinebauteilen
wie Gasturbinenschaufeln, kommt vorzugsweise das Kugelstrahlen zum
Einsatz. Beim konventionellen Kugelstrahlen kann sich eine erhebliche
Oberflächenaufrauung
an den gestrahlten Flächen
einstellen. Zur Verbesserung der sich beim Kugelstrahlen einstellenden
Bearbeitungsqualität
ist es aus dem Stand der Technik gemäß
So
offenbart die
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen, von Bauteilen zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel device for surface blasting, in particular for Ultrasonic shot peening to create components.
Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung im Sinne von Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Bearbeitungskammer im Querschnitt von mindestens drei Schenkeln begrenzt, nämlich von mindestens zwei im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkeln und von mindestens einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Schenkel, wobei zumindest die vertikal verlaufenden Schenkel der Bearbeitungskammer von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind. Die Bearbeitungskammer ist im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildet, wobei zumindest die vertikal verlaufenden Schenkel der im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer von schwingenden Oberflächen jeweils eines Vibrators gebildet sind. Die horizontal verlaufenden Schenkel können als Oberflächen jeweils eines Vibrators oder als Injektoren ausgebildet sein, wobei die Injektoren die Kugeln zurück auf die vibrierenden, im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel bewegen.This Problem is solved by a device in the sense of claim 1 solved. According to the invention Processing chamber in cross section of at least three legs limited, namely at least two substantially vertically extending legs and at least one substantially horizontally extending Leg, wherein at least the vertical legs of the Processing chamber of vibrating surfaces of each one vibrator are formed. The processing chamber is W-shaped in cross-section or V-shaped formed, wherein at least the vertically extending legs the in cross-section W-shaped or V-shaped trained processing chamber of vibrating surfaces respectively a vibrator are formed. The horizontally extending legs can as surfaces each of a vibrator or be designed as injectors, wherein the injectors return the balls on the vibrating, substantially vertical legs move.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen von Bauteilen lässt sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen eine deutlich bessere Bearbeitungsqualität an den zu bearbeitenden Oberflächen eines Bauteils erzielen. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel eine Bearbeitung von Schaufelfüßen oder auch Schaufelblättern von Gasturbinenschaufeln derart, dass zu verfestigende Abschnitte gleichzeitig von zwei gegenüberliegenden Seiten gestrahlt werden. Hierdurch wird einerseits die Effektivität beim Oberflä chenstrahlen erhöht, andererseits werden insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen unzulässige Verformungen der zu strahlenden, dünnwandigen Bauteilabschnitte vermieden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können erstmals auch dünnwandige Scheiben mit sogenannten Wings an integral beschaufelten Gasturbinenrotoren beim Ultraschall-Kugelstrahlen mit einer hohen Intensität beschossen werden, ohne diese komplex geformten Bauteile beim Oberflächenstrahlen unzulässig zu verformen.With the device according to the invention for surface blasting of components, a significantly better quality of machining of the surfaces of a component to be machined can be achieved compared to the devices known from the prior art. Furthermore, the device according to the invention makes it possible, for example, to machine blade roots or blade leaves of gas turbine blades in such a way that sections to be consolidated are simultaneously blasted from two opposite sides. As a result, on the one hand, the effectiveness of surface spraying is increased On the other hand, inadmissible deformations of the thin-walled component sections, which are to be irradiated, are avoided, especially with thin-walled components. With the device according to the invention, even thin-walled disks with so-called wings on integrally bladed gas turbine rotors can be bombarded with high intensity during ultrasonic shot peening without unduly deforming these complex-shaped components during surface blasting.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildete Bearbeitungskammer von zwei äußeren, im wesentlichen vertikal verlaufenden langen Schenkeln und mindestens einem inneren, im wesentlichen horizontal verlaufenden kurzen Schenkel begrenzt, wobei jeder der Schenkel von einer schwingenden Oberfläche jeweils eines Vibrators gebildet ist. Vorzugsweise ist in Übergangsbereichen zwischen äußeren, langen Schenkeln und inneren, kurzen Schenkeln bzw. in Tiefpunkten der im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildeten Bearbeitungskammer jeweils eine weitere schwingende Oberfläche eines Vibrators positioniert oder es ist ein Injektor für die Kugeln vorgesehen.To a preferred embodiment of the invention is in cross section W-shaped or V-shaped formed processing chamber of two outer, essentially vertical extending long thighs and at least one inner, essentially bounded horizontally extending short leg, each of the Legs of a vibrating surface each of a vibrator is formed. Preferably, in transition areas between outer, long Thighs and inner, short thighs or in low points of in cross-section W-shaped or V-shaped trained processing chamber each have a further oscillating surface of a Vibrators positioned or it is an injector for the balls intended.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:
Nachfolgend
wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf
Im
Ausführungsbeispiel
der
Mithilfe
der als schwingende Oberflächen von
Ultraschall-Sonotroden ausgebildeten Schenkeln
Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen,
die als vibrierende Oberflächen
von Ultraschall-Sonotroden ausgebildeten Schenkel
Wie
Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung zeigt
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen von Bauteilen vorzuschlagen, wobei eine Bearbeitungskammer der Vorrichtung über ein W-Profil oder V-Profil verfügt bzw. im Querschnitt W-förmig oder V-förmig ausgebildet ist, und wobei zumindest im Bereich der im wesentlichen vertikal verlaufenden Schenkel des Profils schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden positioniert sind. Vorzugsweise sind auch im Übergangsbereich zwischen den äußeren und den inneren Schenkeln, also im Tiefpunkt der Profile schwingende Oberflächen von Ultraschall-Sonotroden oder auch Injektoren positioniert. Mithilfe einer solchen Vorrichtung ist ein gleichzeitiges, beidseitiges Ultraschallstrahlen von dünnwandigen Bauteilen besonderes effektiv und schonend möglich.It is therefore within the meaning of the present invention, a device for surface blasting to propose of components, wherein a processing chamber of the device via a W-profile or V-profile features or in cross-section W-shaped or V-shaped is formed, and wherein at least in the area of substantially vertically extending legs of the profile vibrating surfaces of Ultrasonic sonotrodes are positioned. Preferably, too in the transition area between the outer and the inner thighs, so swinging in the low point of the profiles surfaces positioned by ultrasonic sonotrodes or injectors. aid such a device is a simultaneous, double-sided ultrasonic beams of thin Components are particularly effective and gentle possible.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bevorzugt Verwendung beim Strahlen von dünnwandigen Gasturbinenbauteilen, insbesondere beim Strahlen von Gasturbinenschaufeln im Bereich ihrer Schaufelfüße bzw. Schaufelblätter sowie beim Strahlen von integral beschaufelten Gasturbinenrotoren im Bereich der Rotorscheiben sowie Schaufelblätter derselben.The inventive device is preferably used for blasting thin-walled gas turbine components, especially when blasting gas turbine blades in the area of their blade feet or airfoils and blasting integrally bladed gas turbine rotors in the area of the rotor disks and blades of the same.
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- GasturbinenschaufelGas turbine blade
- 1212
- Tragflächewing
- 1313
- Tragflächewing
- 1414
- Schaufelfußblade
- 1515
- Bearbeitungskammerprocessing chamber
- 1616
- Schaufelblattairfoil
- 1717
- Schenkelleg
- 1818
- Schenkelleg
- 1919
- Schenkelleg
- 2020
- Schenkelleg
- 2121
- Abdeckungcover
- 2222
- Einhüllendeenvelope
- 2323
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2424
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2525
- GasturbinenrotorGas turbine rotor
- 2626
- Rotorscheiberotor disc
- 2727
- Vorsprung/WingTab / Wing
- 2828
- Linieline
- 2929
- DichtfinträgerDichtfinträger
- 3030
- Vorrichtungcontraption
- 3131
- Bearbeitungskammerprocessing chamber
- 3232
- Schenkelleg
- 3333
- Schenkelleg
- 3434
- Schenkelleg
- 3535
- ÜbergangsbereichTransition area
- 3636
- ÜbergangsbereichTransition area
Claims (15)
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2005
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